摘要

在我的想象中機器人首先應該能自由的走來走去，然后應該能流利的與主人對話。朝着這個理想，我准備設計一個能自由行走，並且可以與人語音對話的機器人。實現的關鍵是讓機器人能通過傳感器感知周圍環境，並通過機器人大腦處理並輸出反饋和執行動作。本章節涉及到的傳感器有激光雷達、IMU、輪式里程計、麥克風、音響、攝像頭，和用於處理信息的嵌入式主板。關於傳感器的ROS驅動程序開發和在機器人上的使用在后面的章節會展開，本章節重點對機器人傳感器和嵌入式主板進行講解，主要內容：

1.ydlidar-x4激光雷達

2.帶自校准九軸數據融合IMU慣性傳感器

3.輪式里程計與運動控制

4.音響麥克風與攝像頭

5.機器人大腦嵌入式主板性能對比

6.做一個能走路和對話的機器人

在我的想象中機器人首先應該能自由的走來走去，然后應該能流利的與主人對話。朝着這個理想，我准備設計一個能自由行走，並且可以與人語音對話的機器人。為了更形象的表達我的想法，我的小學五年級的繪畫水平也是豁出去了，如果有大神路過，懇請多多包涵，畫好后的樣子大概就是這樣啦，如圖46。

（圖46）想象中的機器人

有了想法，接下來就要開始親自動手DIY了。體驗動手樂趣的同時，以玩耍的形式融入當下前沿的SLAM、自動導航、圖像識別、語音識別、自然語言處理等技術，提高自己的同時找到屬於兒時的那一份快了。

說干就干，首先需要准備好激光雷達、IMU、底盤、音響、麥克風、攝像頭這些傳感器，然后還要准備一塊樹莓派3開發板作為機器人的大腦。其實這些知識已經通過前面的文章打好了基礎，所以就好辦多了，准備好這些東西就好了，如圖47。

（圖47）DIY部件准備

准備好傳感器和樹莓派3后，就可以進行組裝了。經過緊張有趣的組裝后，一台有趣的機器人就被DIY出來了，這時候終於可以看到傳說中的機器人的真容了，如圖48，雖然機器人的真實樣子沒有想象中的那么有藝術感，但科技感十足有木有@^@

（圖48）DIY出來的機器人真容

麻雀雖小五臟俱全，現在就來對這個會說話會走路的機器人做一做剖析吧。機器人的骨架是由亞克力板和銅柱組合而成；兩個帶編碼器的減速電機和一個萬向輪作為運動執行機構；可充電鋰電池給整個機器人供電；stm32電機控制板用於控制電機運動並提供里程數據，是底盤的核心部件；激光雷達提供環境障礙信息，用於SLAM建圖和避障導航；IMU用於在里程計數據融合、SLAM建圖、導航中提供慣導數據；免驅USB聲卡、音響、四麥陣列指向性麥克風作為語音交互過程中的輸入輸出部件；攝像頭用於物體識別、物體跟蹤、環境監控、視覺輔助定位；樹莓派3是整個機器人的中央處理單元，各個傳感器的ROS驅動、SLAM算法、導航算法、語音交互、自然語言處理算法、圖像處理算法都將運行在上面。為了更好的理解機器人的工作原理，這里給出機器人的硬件框架，如圖49。

（圖49）機器人硬件框架

機器人的硬件搭建完畢后，就要賦予機器人靈魂了。這里說的靈魂就是我們的軟件及算法，包括各個傳感器的ROS驅動、輪式里程計與IMU融合、激光SLAM建圖、自主導航避障、語音識別、語音合成、自然語言處理、物體識別、物體跟蹤、遠程視頻監控、視覺輔助定位、機器人與工作PC、Android手機之間的通信等。為了更好的理解機器人的工作原理，這里給出機器人的軟件框架，如圖50。